Цитологія та гістологія 2

4. Мейоз. Його фази і біологічне значення

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Основи гістологічної техніки. Цитохімічні методи

Гістологічні методи дослідження застосовуються для вивчення будови і функції клітин і тканин в нормі, патології та експерименті. Основою гістологічного методу дослідження є гістологічна техніка - комплекс методичних прийомів, використовуваних при виготовленні препаратів клітин і тканин для їх мікроскопічного дослідження. Мікроскопічне вивчення клітин і тканин може проводитися двома основними шляхами в залежності від стану досліджуваного об'єкта: дослідження живих клітин і тканин, дослідження неживих клітин і тканин, що зберігають структуру завдяки спеціальним прийомам фіксації.

Вивчення живих об'єктів дає можливість спостерігати фізіологічні процеси в клітинах і тканинах, їх прижиттєве будову. Воно проводиться на клітинах, вільно зважених в рідкому середовищі (клітинах крові, епітеліальних клітинах зіскрібків і ін), а також на культурах клітин і тканин, вирощених на спеціальних поживних середовищах. Об'єктом прижиттєвого спостереження можуть бути тонкі, прозорі тканинні плівки (брижа, плавальна перетинка). Широке застосування живих об'єктів обмежена великими технічними труднощами, пов'язаними з властивостями переживають тканин. Частіше використовується фіксований матеріал.

Мета фіксації зберегти прижиттєву структуру клітин і тканин шляхом швидкого впливу на них хімічними агентами, що запобігають розвиток посмертних змін. Вибір методу фіксації залежить від завдань дослідження і особливостей фіксованої матеріалу.

При гістологічному дослідженні, спочатку роблять зріз тканини, потім шматочок тканини зневоднюють спиртом, після чого заливають у ущільнюючі середовища - парафін, целлоидин. Заливка парафіном дозволяє отримати більш тонкі зрізи. Приготовлені зрізи забарвлюють для чіткого виділення структур клітин і тканин, які по-різному сприймають барвники.

Приготування гістологічного препарату завершується укладенням його в середовища, що забезпечують збереження структур об'єкта, його забарвлення і прозорості. Найбільш часто для цих цілей застосовують органічні смоли.

Цитохімічні дослідження засновані на використанні специфічних хімічних кольорових реакцій для визначення в клітинах різних речовин (під дією спеціально підібраних реактивів відбувається фарбування тих чи інших речовин у цитоплазмі, а за ступенем і характером забарвлення судять про кількість або активності досліджуваних речовин). Цитохімічні дослідження щодо нескладні, але поступаються у точності кількісному аналізу, що проводиться з допомогою біохімічних методів.

При цитохімічним дослідженні частіше користуються напівкількісної оцінкою результатів, використовуючи принцип Астальді, заснований на виявленні різного ступеня інтенсивності специфічного забарвлення. У залежності від неї досліджувані елементи ділять на 4 групи: з негативною реакцією (-), слабоположительная (+), позитивної (+ +) і різко позитивної (+++). Для кількісного вираження результатів підраховують 100 клітин певного виду, диференціюючи їх за вказаним принципом, потім число клітин з однаковою інтенсивністю забарвлення множать на відповідне цій групі число плюсів, сума цих творів становить умовні одиниці. Наприклад, при дослідженні активності лужної фосфатази в нейтрофілах з 100 переглянуто клітин в 60 клітинах активність ферменту не виявлено (-), у 35 - специфічна забарвлення була слабкою (+) і в 5 - більш інтенсивної (++). Результат визначення активності лужної фосфатази в нейтрофілах у такому випадку складе (60 * 0) + (35 * 1) + (5 * 2) = 0 +35 +10 = 45 од.

Можна висловити результат у вигляді середнього цитохімічного показника по L. Kaplow (1955) або середнього цитохімічного коефіцієнта (СЦК). З цією метою також диференціюють 100 досліджуваних клітин за вказаною вище системі. Отриманий відсоток клітин в кожній групі множать на відповідне цій групі число плюсів. Сума цих величин, поділена на 100, являє собою СЦК для однієї клітини. У зазначеному прикладі СЦК лужної фосфатази нейтрофілів дорівнює 0,45.

У тих випадках, коли досліджувані речовини локалізуються в клітинах у вигляді одиничних гранул (наприклад, активність неспецифічної естерази у лімфоцитах і ін), результат цитохімічних реакцій доцільно виражати у відсотках клітин, що дають позитивну реакцію.

Метод напівкількісної оцінки є орієнтовними, але дозволяє порівнювати розподіл досліджуваних речовин у різних клітинних елементах або в одних і тих же клітинах при різних патологічних станах організму, а також залежно від перебігу захворювання, ступеня його важкості та у зв'язку із проведеною терапією.

Слід мати на увазі, що цитохимический метод може бути використаний тільки як доповнення до морфологічному дослідженню, але не може його замінити. Недоліком всіх цитохімічних реакцій є їх приблизна якісна оцінка, заснована на ступені інтенсивності забарвлення.

2. Зовнішня цитоплазматична мембрана, її будова і функції

Зовнішня цитоплазматична мембрана, що оточує цитоплазму кожної клітини, визначає її величину і забезпечує збереження істотних відмінностей між клітинним вмістом і навколишнім середовищем. Мембрана служить виявляли високу фільтром, який підтримує різницю концентрацій іонів по обидві сторони мембрани і дозволяє поживним речовинам проникати всередину клітини, а продуктам виділення виходити назовні.

Всі біологічні мембрани являють собою ансамблі ліпідних і білкових молекул, що утримуються разом за допомогою нековалентних взаємодій. Ліпідні та білкові молекули утворюють безперервний подвійний шар.

Ліпідний бішар - це основна структура мембрани, яка створює відносно непроникний бар'єр для більшості водорозчинних молекул.

Білкові молекули як би «розчинені» в ліпідному бішарі. З допомогою білків виконуються різноманітні функції мембрани: одні з них забезпечують транспорт певних молекул всередину клітини або з неї, інші є ферментами і каталізують асоційовані з мембраною реакції, а треті здійснюють структурну зв'язок цитоскелета з позаклітинним матриксом або служать рецепторами для отримання та перетворення хімічних сигналів з навколишнього середовища.

Важлива властивість біологічних мембран - плинність. Усі клітинні мембрани є рухливі текучі структури: велика частина складових їх молекул ліпідів і білків здатна досить швидко переміщатися в площині мембрани. Інша властивість мембран - їх асиметрія: обидва їх шару розрізняються за липидному і білкового складам, що відображає функціональні відмінності їх поверхонь.

Функції зовнішньої цитоплазматичної мембрани:

• бар'єрна - забезпечує регульований, виборчий, пасивний і активний обмін речовин з навколишнім середовищем. Виборча проникність забезпечує відділення клітини і клітинних компартментов від навколишнього середовища і постачання їх необхідними речовинами.

• транспортна - через мембрану відбувається транспорт речовин у клітину і з клітки. Транспорт через мембрани забезпечує: доставку поживних речовин, видалення кінцевих продуктів обміну, секрецію різних речовин, створення іонних градієнтів, підтримання в клітці відповідного pH і іонної концентрації, які потрібні для роботи клітинних ферментів.

Частинки, з якої-небудь причини не здатні перетнути фосфоліпідний бішар (наприклад, через гідрофільних властивостей, так як мембрана всередині гідрофобна і не пропускає гідрофільні речовини, або з-за великих розмірів), але необхідні для клітини, можуть проникнути крізь мембрану через спеціальні білки-переносники (транспортери) і білки-канали або шляхом ендоцитозу.

При пасивному транспорті речовини перетинають ліпідний бішар без витрат енергії, шляхом дифузії. Варіантом цього механізму є полегшена дифузія, при якій речовини допомагає пройти через мембрану будь-яка специфічна молекула. У цієї молекули може бути канал, що пропускає речовини лише одного типу.

Активний транспорт вимагає витрат енергії, так як відбувається проти градієнта концентрації. На мембрані існують спеціальні білки-насоси, в ​​тому числі АТФаза, яка активно вкачують в клітку іони калію (K +) і викачують з неї іони натрію (Na +).

• матрична - забезпечує певну взаєморозташування і орієнтацію мембранних білків, їх оптимальну взаємодію;

• механічна - забезпечує автономність клітини, її внутрішньоклітинних структур, також з'єднання з іншими клітинами (в тканинах). Велику роль у забезпечення механічної функції мають клітинні стінки, а у тварин - міжклітинну речовину.

• енергетична - при фотосинтезі в хлоропластах і клітинному диханні в мітохондріях в їх мембранах діють системи перенесення енергії, в яких також беруть участь білки;

• рецепторна - деякі білки, що сидять в мембрані, є рецепторами (молекулами, за допомогою яких клітина сприймає ті чи інші сигнали).

Наприклад, гормони, що циркулюють у крові, діють тільки на такі клітини-мішені, у яких є відповідні цих гормонів рецептори. Нейромедіатори (хімічні речовини, що забезпечують проведення нервових імпульсів) теж зв'язуються з особливими рецепторними білками клітин-мішеней.

• ферментативна - мембранні білки нерідко є ферментами. Наприклад, плазматичні мембрани епітеліальних клітин кишечника містять травні ферменти.

• здійснення генерації та проведення біопотенціалів.

За допомогою мембрани в клітині підтримується постійна концентрація іонів: концентрація іона К + всередині клітини значно вище, ніж зовні, а концентрація Na + значно нижче, що дуже важливо, оскільки це забезпечує підтримання різниці потенціалів на мембрані і генерацію нервового імпульсу.

• маркування клітини - на мембрані є антигени, що діють як маркери - «ярлики», що дозволяють пізнати клітку. Це глікопротеїни (тобто білки з приєднаними до них розгалуженими олігосахаридних бічними ланцюгами), що грають роль «антен». Через незліченної безлічі конфігурації бічних ланцюгів можливо зробити для кожного типу клітин свій особливий маркер. За допомогою маркерів клітини можуть розпізнавати інші клітини і діяти узгоджено з ними, наприклад, при формуванні органів і тканин. Це ж дозволяє імунній системі розпізнавати чужорідні антигени.

3. Пластида: типи, походження, будову і функції

Пластида - органели, специфічні для клітин рослин (вони є в клітинах всіх рослин, за винятком більшості бактерій, грибів і деяких водоростей). У клітинах вищих рослин знаходиться зазвичай від 10 до 200 пластид розміром 3-10 мкм, найчастіше мають форму двоопуклої лінзи. У водоростей зелені пластиди, звані хроматофорами, дуже різноманітні за формою і величиною. Вони можуть мати зірчасті, стрічкоподібними, сітчасту та інші форми.

Розрізняють безбарвні пластиди - лейкопласти, і пофарбовані - хлоропласти (зеленого кольору), хромопласти (жовтого, червоного і інших кольорів). Ці види пластид до певної міри здатні перетворюватися один в одного - лейкопласти при накопиченні хлорофілу переходять у хлоропласти, а останні при появі червоних, бурих та інших пігментів - в хромопласти.

Внутрішня будова пластид дуже складно. У хлоропластах є свої рибосоми, ДНК, РНК, включення жиру, зерна крохмалю. Зовні хлоропласти вкриті двома білково-ліпідними мембранами, а в їх напіврідку строму (основна речовина) занурені дрібні тільця - грани і мембранні канали. Грани (розміром близько 1 мкм) - пакети круглих плоских мішечків (тилакоїдів), складених подібно стовпчика монет. Розташовуються вони перпендикулярно поверхні хлоропласта. Тилакоїди сусідніх гран сполучені між собою мембранними каналами, утворюючи єдину систему. Число гран у хлоропластах різне. Наприклад, в клітинах шпинату кожний хлоропласт містить 40-60 гран. Хлоропласти всередині клітини можуть рухатися пасивно, що захоплюються струмом цитоплазми, або активно переміщатися з місця на місце. Якщо світло дуже інтенсивний, вони повертаються ребром до яскравих променів сонця і вишиковуються уздовж стінок, паралельних світла. При слабкому освітленні хлоропласти переміщуються на стінки клітини, звернені до світла, і повертаються до нього своєю великою поверхнею. При середній освітленості вони займають середнє положення. Цим досягаються найбільш сприятливі для процесу фотосинтезу умови освітлення.

У гранах міститься хлорофіл, упакований з білковими та фосфоліпідний молекулами так, щоб забезпечити здатність вловлювати світлову енергію,

Молекула хлорофілу дуже подібна до молекулою гемоглобіну і відрізняється головним чином тим, що розташований у центрі молекули гемоглобіну атом заліза замінений у хлорофілі на атом магнію.

У природі зустрічається чотири типи хлорофілу: а, Ь, с, тобто Хлорофіли а і Ь містять вищі рослини і зелені водорості, діатомові водорості містять а і с, червоні - а і <1. Краще за інших вивчені хлорофіли а і Ь (їх вперше розділив російський учений М. С. Колір на початку XX ст.).

Крім них існують чотири види бактериохлорофилла - зелених пігментів пурпурових і зелених бактерій: а, Ь, с, с1. Більшість фотосинтезуючих бактерій містять бактериохлорофилла а, деякі - бактериохлорофилла Ь, зелені бактерії - с і с1. Хлорофіл має здатність дуже ефективно поглинати сонячну енергію і передавати її іншим молекулам. Завдяки цій здатності хлорофіл - єдина структура на Землі, яка забезпечує процес фотосинтезу. Пластиду, так само, як і мітохондрій, властива до деякої міри автономність всередині клітини. Вони розмножуються шляхом поділу.

Поряд з фотосинтезом, в пластидах відбувається процес біосинтезу білка.

Завдяки вмісту ДНК пластиди відіграють певну роль у передачі ознак у спадщину (цитоплазматична спадковість).

4. Мейоз. Його фази і біологічне значення

Мейоз (або редукційний поділ клітини) - поділ ядра еукаріотичної клітини із зменшенням числа хромосом в два рази. Відбувається в два етапи (редукційний і екваційним етапи мейозу). Мейоз не слід змішувати з гаметогенезу - утворенням спеціалізованих статевих кліток, або гамет, з недиференційованих стовбурових.

Зі зменшенням кількості хромосом у результаті мейозу в життєвому циклі відбувається перехід від диплоїдної фази до гаплоїдної. Відновлення плоїдності (перехід від гаплоїдної фази до диплоїдної) відбувається в результаті статевого процесу.

У зв'язку з тим, що в профазі першого, редукційного, етапу відбувається попарне злиття (кон'югація) гомологічних хромосом, правильне протікання мейозу можливо тільки в диплоїдних клітинах або в парних полиплоидам (тетра-, гексаплоїдних і т. п. клітинах). Мейоз може відбуватися і в непарних полиплоидам (три-, пентаплоідних і т. п. клітинах), але в них, через неможливість забезпечити попарне злиття хромосом в профазі I, розбіжність хромосом відбувається з порушеннями, які ставлять під загрозу життєздатність клітки або розвивається з неї багатоклітинного гаплоїдного організму.

Цей же механізм лежить в основі стерильності міжвидових гібридів. Оскільки у міжвидових гібридів у ядрі клітин поєднуються хромосоми батьків, що відносяться до різних видів, хромосоми зазвичай не можуть вступити в кон'югацію. Це призводить до порушень в розбіжності хромосом при мейозі і, в кінцевому рахунку, до нежиттєздатності статевих кліток, або гамет. Певні обмеження на кон'югацію хромосом накладають і хромосомні мутації (масштабні делеції, дуплікації, інверсії або транслокації).

Фази мейозу.

Мейоз складається з двох послідовних поділів з ​​короткою інтерфазою між ними.

1. Профаза I - профаза першого поділу дуже складна і складається з 5 стадій:

• Фаза лептотени або лептонеми - конденсація ДНК з утворенням хромосом у вигляді тонких ниток.

• Зигота або зігонема - кон'югація (з'єднання) гомологічних хромосом з утворенням структур, що складаються з двох сполучених хромосом, званих тетрадами або бівалентів.

• Пахіта або пахінема - кросинговер (перехрест) обмін ділянками між гомологічними хромосомами; гомологічні хромосоми залишаються з'єднаними між собою.

• Діплотена або діплонема - відбувається часткова деконденсації хромосом, при цьому частина генома може працювати, відбуваються процеси транскрипції (освіта РНК), трансляції (синтез білка); гомологічні хромосоми залишаються з'єднаними між собою.

• Діакінез - ДНК знову максимально конденсується, синтетичні процеси припиняються, розчиняється ядерна оболонка; гомологічні хромосоми залишаються з'єднаними між собою.

2. Метафаза I - бівалентні хромосоми вишиковуються уздовж екватора клітини.

3. Анафаза I - мікротрубочки скорочуються, біваленти діляться і хромосоми розходяться до полюсів. Важливо відзначити, що, з-за кон'югації хромосом у зіготене, до полюсів розходяться цілі хромосоми, що складаються з двох хроматид кожна, а не окремі хроматиди, як в мітозі.

4. Телофаза I - хромосоми деспіралізуются і з'являється ядерна оболонка.

Друге розподіл мейозу слід безпосередньо за першим, без вираженої інтерфази: S-період відсутній, оскільки перед другим поділом не відбувається реплікації ДНК.

• Профаза II - відбувається конденсація хромосом, клітинний центр ділиться і продукти його поділу розходяться до полюсів ядра, руйнується ядерна оболонка, утворюється веретено поділу.

• Метафаза II - унівалентние хромосоми (що складаються з двох хроматид кожна) розташовуються на «екваторі» (на рівній відстані від «полюсів» ядра) в одній площині, утворюючи так звану метафазну платівку.

• Анафаза II - уніваленти діляться і хроматиди розходяться до полюсів.

• Телофаза II - хромосоми деспіралізуются і з'являється ядерна оболонка.

У результаті з однієї диплоїдної клітини утворюється чотири гаплоїдних клітини. У тих випадках, коли мейоз пов'язаний з гаметогенезу (наприклад, у багатоклітинних тварин), при розвитку яйцеклітин перше і друге ділення мейозу різко нерівномірні. У результаті формується одна гаплоидная яйцеклітина і два так званих редукційних тільця (абортивні деривати першого і другого ступенів).

Біологічний сенс мейозу полягає в тому, що з однієї диплоїдної клітини утворюються чотири унікальні (по набору генів) гаплоїдні клітини (не схожі один на одного і на материнську клітину по набору генетичного матеріалу). Гаплоїдними клітини виходять тому, що поділу (перший розподіл мейозу і другий розподіл мейозу) відбувається двічі, а синтез ДНК - тільки один раз. Унікальність набору генів кожної клітини досягається завдяки ефектам мейозу: кросинговеру, незалежному розбіжності і комбінуванню хромосом за першим поділом, а також незалежного розбіжності і комбінуванню хроматид при другому поділі. Зменшення числа хромосом у статевих клітинах у два рази (n) і відновлення диплоїдні (2n) при заплідненні (злиття статевих кліток) у зиготі сприяє генетичної стабільності виду.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Гістологічні методи дослідження [Електронний ресурс]: http://www.vesta-med.ru/component/option, com_mtree / task, viewlink / link_id, 356/Itemid, 91

2. Гусєв М.В., Мінєєва Л.А. Світ прокаріотів [Електронний ресурс]: http://evolution.powernet.ru/library/micro/04.html

3. Клітинні мембрани [Електронний ресурс]: http://ru.wikipedia.org/wiki/% D0% 9C% D0% B5% D0% BC% ​​D0% B1% D1% 80% D0% B0% D0% BD% D1% 8B

4. Пластида [Електронний ресурс]: http://biologis.ru/plastidy

5. Довідник "Лабораторні методи дослідження в клініці" під ред. проф. В.В. Меньшикова. - М.: Медицина, 1987.

6. Довідник з клінічних лабораторних методів дослідження під ред. Є. А. Кост. - М.: Медицина, 1975.

7. Цитохімічні методи дослідження [Електронний ресурс]: http://www.clinlab.info/Cytochemical_research.shtml